Desenvolvimento e validação de modelos de predição da curvatura da coluna cervical de adultos a partir de medições na superfície da pele

Abstract

A coluna cervical (CC) pode ser avaliada por meio de técnicas invasivas e não-invasivas. A radiografia é um exemplo de técnica de avaliação invasiva, pois expõe o avaliado à radiação durante o exame, apesar de ser considerada padrão ouro. As técnicas de avaliação nãoinvasivas, como a fotogrametria, destinam-se a informar indiretamente a postura da coluna. Existem vários métodos baseados em radiografia e fotogrametria para avaliar a postura da CC no plano sagital. No entanto, avaliações a partir da radiografia e da fotogrametria apresentam uma diferença metodológica importante quanto às estruturas anatômicas avaliadas, dificultando a validação concorrente da fotogrametria. O foco dessa dissertação é identificar se existe a possibilidade de estimar a curvatura da CC no plano sagital a partir da superfície da pele, de forma acurada e precisa. Para contemplar esse objetivo, dois estudos foram realizados. O Estudo 1 é uma revisão sistemática com meta-análise que objetivou identificar quais métodos baseados em radiografia e fotogrametria usados para avaliar a postura da CC no plano sagital são válidos e/ou confiáveis. Vinte e um estudos foram incluídos e 20 métodos de avaliação da CC no plano sagital foram encontrados: 16 métodos baseados em radiografia e quatro baseados em fotogrametria. Dois estudos incluíram medidas de validação, 16 estudos avaliaram a confiabilidade inter-avaliador, e 17 estudos a confiabilidade intra-avaliador. A meta-análise mostrou que os métodos baseados em fotogrametria flecha cervical e lordose cervical apresentaram confiabilidade intra-avaliador muito alta; e que os métodos baseados em radiografia método Cobb (C2 inferior - C7 inferior), método Cobb (C1 médio - C7 inferior), ângulo de rotação absoluta, e ângulo de Gore (C2-C7) apresentaram confiabilidade interavaliador muito alta, e o método Cobb (C2 inferior - C7 inferior) e ângulo de rotação absoluta apresentaram confiabilidade intra-avaliador muito alta. No entanto, os resultados apresentaram alta heterogeneidade e/ou poucos estudos foram incluídos nas análises. Em relação à validade, sugere-se que novos estudos sejam realizados. O Estudo 2 teve como objetivo desenvolver e validar um modelo para estimar a curvatura sagital da CC a partir da superfície da pele de adultos. O estudo foi dividido em duas etapas: (1) desenvolvimento dos modelos de predição e (2) validação dos modelos. Um banco de dados de radiografias da CC no plano sagital foi utilizado. A avaliação das radiografias foi realizada a partir de uma rotina matemática que, através da digitalização de pontos, calculou seis ângulos: ângulo C2-C7 e C3-C7 calculados a partir dos centroides dos corpos vertebrais (LCce), dos processos espinhosos (LCpe) e da superfície da pele (LCsp). A etapa 1 foi dividida em duas partes. Na etapa 1a, os ângulos C2- C7 e C3-C7 calculados a partir da LCce, da LCpe (eixo y) e da LCsp (eixo x) foram plotados em gráficos de dispersão, de onde foram obtidos os modelos de predição por meio de Regressão Linear Simples. Na etapa 1b, o mesmo procedimento foi realizado, mas a amostra foi dividida em cinco grupos, de acordo com o tipo de alinhamento da CC. Os modelos desenvolvidos na etapa 1 em que (1) o ajuste sem o previsor foi diferente do ajuste com o previsor, e (2) os Coeficientes de Determinação foram maiores que 0,4, passaram para a etapa 2. Na etapa 2, a validação dos modelos foi avaliada utilizando: (1) Coeficiente de Correlação Produto-Momento de Pearson (R); (2) Erro RMS; e (3) Análise de Bland e Altman. 55 radiografias preencheram os critérios de elegibilidade. Nenhum modelo da etapa 1a passou para a etapa 2. Dois modelos da etapa 1b passaram para a etapa 2. O modelo criado a partir do GC apresentou os melhores resultados de validação. No entanto, os valores do ângulo real e do estimado a partir desse modelo apresentaram correlação muito baixa e não estatisticamente significativa (r = -0,229; p = 0,332) e o Erro RMS foi alto (34,2°).

The cervical spine (CS) can be assessed using invasive and non-invasive techniques. Radiography is a type of invasive assessment technique because it exposes the subject to radiation during the exam, despite which it is considered the gold standard exam. Noninvasive assessment techniques, such as photogrammetry, are intended to indirectly inform spinal posture. There are numerous radiography and photogrammetry-based methods of assessing the CS posture in the sagittal plane. However, radiography and photogrammetry-based methods of assessment present an important methodological difference regarding the anatomical structures evaluated, making photogrammetry concurrent validation difficult. In this sense, the focus of this dissertation is to identify if there is a possibility of estimating the CS curvature in the sagittal plane from the skin surface, in an accurate and precise way. Two studies were carried out to contemplate this objective. Study 1 is a systematic review with meta-analysis that aimed to identify which radiography and photogrammetry-based methods used to assess the CS posture in the sagittal plane are valid and/or reliable. Twenty-one studies were included and 20 different methods of calculating CS posture in the sagittal plane were found: 16 radiography-based methods and four photogrammetry-based methods. Two studies included validation measures, 16 studies assessed inter-rater reliability, and 17 studies assessed intra-rater reliability. The meta-analysis shows that the cervical arrow and cervical lordosis photogrammetry-based methods present very high intra-rater reliability; and the Cobb method (inferior C2 - inferior C7), Cobb method (middle C1 - inferior C7), absolute rotation angle, and Gore angle (C2-C7) radiography-based methods present very high inter-rater reliability, and the Cobb method (inferior C2 - inferior C7) and absolute rotation angle radiography-based methods present very high intra-rater reliability. However, the results showed high heterogeneity and/or few studies were included in the analyzes. Regarding validity, it is suggested that further studies be carried out. Study 2 aimed to develop and validate a model to estimate the sagittal curvature of the CS from the skin surface of adults. The study was divided into two steps: (1) prediction models development and (2) model validation. A database of CS radiographs in the sagittal plane was used. Radiographs assessment was performed from a mathematical routine that, through the digitization of points, calculated six angles: angle C2-C7 and C3-C7 calculated from the centroid of the vertebral bodies (LCce), of the spinous processes (LCpe) and the skin surface (LCsp). Step 1 was divided into two parts. In step 1a, the angles C2-C7 and C3-C7 calculated from LCce, LCpe (y-axis) and LCsp (x-axis) were plotted on scatter plots, from which the prediction models were obtained using Simple Linear Regression. In step 1b, the same procedure was performed, but the sample was divided into five groups, according to the type of CS alignment. The models developed in step 1 in which (1) the adjustment without the predictor was different from the adjustment with the predictor, and (2) the Determination Coefficients were greater than 0.4, passed to step 2. In step 2, the model validation was assessed using: (1) Pearson's Product-Moment Correlation Coefficient (r); (2) RMS Error; and (3) Bland and Altman Analysis. 55 radiographs met the eligibility criteria. No model from step 1a passed to step 2. Two models from step 1b passed to step 2. The model created from the GC showed the best validation results. However, the real and estimated angle values from this model showed a very low and not statistically significant correlation (r = -0.229; p = 0.332) and the RMS Error was high (34.2°).